대한민국의 도로의 증가로 인한 복잡화에 따라 터널의 수와 연장이 지속적으로 증가하고 있다. 본 연구는 시멘트콘크리트 포장의 성 능과 수명에 미치는 환경조건의 영향을 분석한다. 현재까지 시공된 고속도로의 많은 부분이 시멘트콘크리트 포장으로 되어 있으며, 이 에 대한 연구는 오랫동안 진행되어 왔다. 부등건조수축은 슬래브의 상하부 온습도 차이에 의해 발생하며, 일일 및 계절적 주기에 따라 발생한다. 일반적으로, 온습도 변화에 따라 컬링이나 와핑이 발생하는데, 컬링은 낮에는 높은 온도로 인한 하향 수축, 밤에는 낮은 온 도로 인한 상향 수축을 나타낸다. 그러나, 환경조건 변화에 따른 콘크리트 내부 습도 변화에 대한 이해는 아직 크게 연구가 진행되지 않아 포장 설계에 적절히 반영되지 못하고 있다. 이러한 연구는 터널 등 배수가 어려운 지역에서 콘크리트포장의 적절성을 판단하여 공용수명에 기여할 것으로 예상한다. 본 연구에서는 슬래브의 하부 조건이 콘크리트 내부 습도에 미치는 영향을 실험적으로 조사한다. 콘크리트 시편을 제작하여 특수한 환경조건에서의 습윤 차이를 모사하여 수분 이동 특성을 연구한다. 실험에서는 슬래브의 한쪽면을 고정하고 반대편이 부등건조수축으 로 인해 발생하는 변형률과 수직변위를 측정할 장비를 설치하여 시간에 따른 변화량을 확인한다.

콘크리트 경화 시 발생하는 수분증발로 인한 건조수축은 콘크리트의 균열을 발생시킨다. 콘크리트에 발생하는 균열 은 콘크리트의 내구성을 저하하여 안정성과 사용성에 문제를 발생시킨다. 이러한 문제점을 보안하기 위해 콘크리트에 강섬유를 혼입하여 건조수축으로 인한 균열을 방지하는 강섬유 보강 콘크리트 (SFRC)에 관한 연구가 진행되고 있다. 강섬유는 콘크리트 의 균열단면에서 가교역할, 부착작용을 통해 건조수축으로 인한 균열발생을 억제하고 균열 폭을 감소시키는 효과가 있다. 본 논 문에서는 강섬유의 인장강도에 따른 강섬유 보강 콘크리트의 건조수축 제어성능을 평가하였다. 자유건조수축 실험과 구속건조 수축 실험을 진행하였으며 실험 결과를 콘크리트의 인장응력으로 변환하여 콘크리트 직접인장실험 결과와 비교하였다. 강섬유 의 자유건조수축 저감 효과는 미미하지만 강섬유의 인장강도가 증가할수록 구속건조수축으로 인한 균열제어에 효과적임을 확인 하였다. 또한 강섬유의 인장강도가 증가할수록 콘크리트의 인장응력이 증가함을 확인하였다.

PURPOSES: This study proposes a cohesive shrinkage particle model that can be used to simulate a variety of dynamic behaviors and phase changes of construction materials, including road subsidence and debris flow, and phase change curing, via discrete element method (DEM). METHODS : From the perspective of DEM modeling, the water-content-dependent characteristics of soil particles and related modeling techniques are reviewed from literature. The static friction, cohesion, and particle size change are considered as the major parameters that should be reflected in DEM modeling for a more realistic simulation. The relationships of water content with cohesive force and particle radius, as determined from experimental test results in the relevant study, are utilized to develop the cohesive shrinkage model. For each water content value, the snapshot in simulation is compared to that in the experimental study. RESULTS: The numerical simulation shows very good agreement with the experimental test in terms of overall sample radius and thickness change due to drying. However, the local curling of soil sample in the DEM simulation does not perfectly match that in the experimental test. CONCLUSIONS : The cohesive shrinking particle model seems to be good enough for simulating the volumetric and phase changes of soil samples due to drying. However, it seems necessary to consider both bonding and cohesive contact models in DEM modeling because the only cohesive contact model exhibited limitations in the simulation of curling and crack development.

콘크리트에 발생하는 건조수축은 콘크리트 구조체 내부에 존재하는 수분의 이동에 의해 발생하며 강도발현시점 이후부터 점진적으로 그 크기가 커진다. 콘크리트에 발생할 수 있는 건조수축의 크기는 골재나 시멘트 등의 특성에 따라 다르나 약 40-1000 의 범위에서 발생하므로 그 크기는 무시할 수 없는 수준이다. 많은 연구자들은 콘크리트의 건조수축의 약 20-25%가 재령 2주내에, 약 50-60%가 3개월 내에, 80% 이상이 재령 1년 이내에 발생하는 것으로 판단하고 있다. 다만 콘크리트 포장에서는 깊이에 따라 건조수축의 발생의 진행정도가 다르며 이로 인해 포장체 상부와 하부에서의 수축차이가 생기는 부등건조수축이 발생하므로 단순히 구조체 전체가 동등하게 수축한다고 가정할 수 없다. 본 연구는 공항 콘크리트포장을 대상으로 한 유한요소해석 모형에 실제 현장에서 약 9개월간 계측한 슬래브 깊이별 실측 온도를 적용하여 계절적 온도변화에 의한 포장체의 거동을 해석하였다. 유한요소해석 결과와 실제 현장에서 계측한 슬래브 위치별, 깊이별 변형률을 비교 분석하였으며, 온도의 영향만을 반영하여 해석을 실시한 결과와 건조수축이 발생하는 실제 슬래브의 거동사이에 차이가 발생함을 확인하였다. 상대적으로 재령 초기에 건조수축의 발생이 작은 슬래브 바닥면을 기준으로 보정계수를 추정하여 해석결과를 보정하였으며 슬래브의 재령에 따른 깊이별 건조수축의 발생 경향을 확인할 수 있었다.

In this study, the drying shrinkage of concrete used for the reduction of expansive additive and shrinkage reducing agent committed to the concrete Mixing characteristics, compressive strength and drying shrinkage of examining my new honhwajaeryoin elements by putting in concrete Their characteristics were compared and analyzed. Experiments, SP was fixed jeryangeul equally expansive additive and shrinkage reducing agent in the formulation of the Injection rate increased with increasing fluidity, shrinkage reducing air flow rates increase the amount of air even if the input Increases with, and if the expansion of re-injection rates increase rather than decrease was found that the volume of air. I committed to the elements of the concrete, but an increase in inputs even if the air content of concrete or no liquidity Were confirmed to have no effect. In addition, the compressive strength test Shrinkage Reducing the dosage increases, Tended strength falls, inflation 5.0% of material inputs in the formulation was found to be the highest. Element material Concrete with Shrinkage Reducing committed a similar compressive strength falls with increasing dosage tended Unlike the small degree of shrinkage reducing agent was affected. Shrinkage characteristics include all three admixture With increasing dosage can reduce the drying shrinkage was observed that, if the shrinkage reducing agent, of the elements and almost Reducing the level of contraction was found to be. Therefore, the element first, if you commit to concrete admixtures to Characteristics of the concrete mix does not affect the lapse rate contract that can be used as a highly admixture is judged to be here.

본 연구에서는 다양한 포장용 콘크리트 배합의 건조수축 특성에 관한 실험결과를 분석하였다. 실험변수는 굵은골재의 종류(석회암, 사암, 화강암, 안산암, 편마암)와 잔골재의 종류(자연사, 부순모래) 및 콘크리트의 배합강도(보통강도, 고강도)를 달리하였다. 그리고 형상비가 22.2, 40, 85.7, 150, 200, 300을 갖도록 시편의 크기를 달리하였으며 코팅제(U&V-H(A,B))를 활용하였다. 다이얼게이지를 이용하여 항온(20℃) 항습(60%)에서 수행된 건조수축 실험은 길게는 1,014일 동안 측정하였다. KS에서 제시하는 표준시편에 비해 도로포장 모사용 슬래브 시편의 건조수축 변형률은 약 39% 감소되는 것으로 나타났다. 또한 동일한 형상비에 대해 굵은골재의 변화에 따른 건조수축 실험결과 석회암이 배합된 시편의 변형률이 사암대비 형상비별로 56~76% 범위에서 가장 낮게 측정되어 포장용 콘크리트로 사용되는데 유리할 것으로 판단된다.

콘크리트 슬래브는 타설 후 온도와 수분 변화를 통해 체적이 변화한다. 수분증발에 의하여 발생한 건조수축은 슬래브의 자중이나 하부층과의 마찰 등에 의하여 구속되어 슬래브 내부에 응력이 유발된다. 선행 연구에 의하면 건조수축에 의하여 발생된 실제 인장응력은 이론적으로 예측된 값보다 작은 것으로 보고되었다. 이는 부분적으로 구속된 슬래브에서 발생하는 초기 재령 콘크리트의 점탄성에 기인한 응력감소 현상이다. 본 연구에서는 재령에 따른 콘크리트의 응력감소 현상을 조사하기 위하여 구속된 원주형, 구속되지 않은 자유건조 원주형, 그리고 자유건조 각주형 콘크리트 시편의 변형률을 측정하였다. 재령 1, 3, 7, 14, 28일에 콘크리트의 탄성계수를 측정하였으며 관입저항 실험을 실시하였다. 실험결과를 기존 연구자들이 제안한 이론식에 대입하여 구속된 원주형 콘크리트 시편의 응력감소를 계산할 수 있었다. 향후 본 연구의 결과를 바탕으로 구속된 콘크리트 시편의 응력감소 현상을 콘크리트 포장의 설계에 적용할 예정이다.

온도 및 수분의 영향에 의하여 발생한 콘크리트 포장 슬래브의 컬링(curling)과 와핑(wraping)의 비틀림 거동은 자중이나 마찰력 등에 의하여 구속되며 이로 인하여 응력이 발생된다. 슬래브 내부의 온도 변화에 의해 발생한 응력은 상용 구조해석 프로그램으로 쉽게 계산할 수 있지만 습도 차이에 의하여 발생되는 응력은 기존 프로그램으로는 계산하기 어렵다. 따라서, 슬래브의 거동에 미친 습도의 영향이 등가의 온도로 환산되어 구조해석에 입력값으로 사용된다면 보다 정확하게 환경하중에 의한 슬래브의 거동을 예측할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 콘크리트 슬래브를 현장에 시공하여 환경하중에 의해 발생된 변형률을 장기적으로 측정하였으며 실내에서 측정된 콘크리트 시편의 열팽창 계수를 사용하여 열변형률을 추출하였다. 나머지 변형률인 건조수축변형률을 추가적인 열변형률이라고 가정하고 이를 열팽창 계수로 나누어 줌으로써 건조수축과 등가의 영향을 갖는 가상의 온도가 계산되었다. 자중이나 마찰력 등이 고려되도록 기존 건조수축 모형을 수정하였으며, 이를 이용하여 슬래브 상부와 하부 상이에 발생한 건조수축의 차이를 등가의 온도차이로 환산할 수 있는 모형을 개발하였다. 보다 정확한 응력계산을 위하여 압축변형률의 지속적 증가에 따른 인장응력 감소에 관한 추가적인 연구가 이어질 것이다.

콘크리트포장은 시공초기의 품질관리수준에 따라 전체수명이 결정될 정도로 시공초기의 품질관리가 매우 중요하다. 이러한 초기 품질관리는 콘크리트포장의 초기거동을 잘 파악하여 초기거동을 조절할 수 있는 방안을 도출하는 것이 중요하다. 콘크리트포장의 초기거동에 영향을 주는 요소는 크게 두 가지가 있다. 첫째는 콘크리트의 건조수축이고, 두 번째는 수화열 및 대기온도 변화에 따른 포장체의 온도변화이다. 따라서, 콘크리트의 열팽창계수와 건조수축은 콘크리트의 초기거동에 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 지금까지의 열팽창계수는 완전히 양생된 콘크리트에 대해 실험하는 것이 일반적이었기 때문에 시공초기에 열팽창계수를 얻는데 한계가 있어 왔다. 또 건조수축도 시간방법의 한계로 초기 건조수축을 측정하는데 어려움이 있어 왔다. 본 연구에서는 콘크리트포장의 초기 거동을 조절할 수 있는 방안을 도출하기 위하여, 콘크리트의 초기 건조수축과 열팽창계수를 측정하고 이를 통해 콘크리트포장의 초기 거동 예측프로그램의 입력변수들과 적용 모델들에 대한 자료제공 및 검증을 위 한 기초자료를 제공하는데 그 목적을 두었다. 본 연구에서 얻은 결론은 현장에서 초기 콘크리트의 열팽창계수 값을 측정한 결과 8.9~10.8×10-6/℃ 값을 나타내었으며, 콘크리트의 건조수축에 있어서 깊이별 effect와 size effect가 존재하는 것으로 분석되었다.

본 연구는 한국형 포장설계법 과제의 일환으로 수행된 콘크리트슬래브의 건조수축특성에 대한 연구로서 형상비 및 굵은 골재의 종류를 달리해 현재까지 252일간 수행된 실험결과이다. 실제 포장용 콘크리트 슬래브의 형상비에 접근하기 위한 방안으로 시편 일부 면의 수분 증발을 막기 위해 일부 면에 3중 코팅 처리와 랩 처리를 하였다. 예비실험결과 본 실험에서 채택한 수분방지 코팅 처리가 3달 정도까지는 신뢰성이 있음을 알 수 있었다. 동일한 형상비에서 사암을 사용한 콘크리트 시편의 건조수축이 석회암인 경우보다 형상비에 따라 1.32~1.80배 크게 측정되었다. 측정된 건조수축 변형률을 기존의 ACI와 CEB-FIP의 건조수축 모델식과 비교한 결과 두 식 모두 과소평가됨이 확인되었다. 최종적으로 재령 및 형상비 등을 고려한 다중 비선형 회귀분석을 통해 본 실험에 적합한 콘크리트시편의 건조수축 모델식을 제시하였다.

유동화 콘크리트의 건조수축 및 크리프 특성을 검토하기 위하여 유동화제 2종류와 일반감수제 1종류를 사용하여 재하 하중조건(압축강도의 15% 및 30%)별, 양생조건별로 압축강도 및 건조수축을 측정하고 기건상태하의 크리프 및 크리프변형을 측정하여 유동화 콘크리트의 장기 변형특성을 검토하였다. 그 결과, 유동화 콘크리트는 보통 콘크리트에 비하여 재령 28일의 압축강도는 약 22% 증가하였고, 건조수축은 15% 감소하였으며, 크리프변형은 약 11% 감소하였고 28일간의 크리프회복은 보통 콘크리트에 비하여 작음을 알 수 있었다. 따라서 사용목적에 따른 적절한 유동화제의 선택과 적정량의 유동화제 사용은 건조수축 및 크리프변형에 효과적인 것으로 판단된다.